本發(fā)明屬于電力電子運(yùn)用領(lǐng)域，具體涉及一種基于馬爾可夫鏈的NPC逆變器混合隨機(jī)SVPWM控制系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
：21世紀(jì)以來，電力電子技術(shù)迅速發(fā)展。各類電力電子設(shè)備的廣泛運(yùn)用，電網(wǎng)中產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波污染，非線性負(fù)荷是諧波源，如逆變器，斬波器以及雙向晶閘管可控開關(guān)設(shè)備等，使電網(wǎng)中電流嚴(yán)重的畸變，夾雜著非常多的無功分量和諧波，不僅影響電力電子設(shè)備的正常使用，而且威海了電能的生產(chǎn)和傳輸。所以我們可以發(fā)現(xiàn)諧波的危害非常嚴(yán)重，電能質(zhì)量問題，會(huì)造成設(shè)備故障，嚴(yán)重的會(huì)損壞整個(gè)系統(tǒng)，造成難以估量的損失?，F(xiàn)在，人們越來越重視電能質(zhì)量，以及對(duì)諧波的治理。其中，逆變器的選擇對(duì)輸出波形的影響非常關(guān)鍵，而三電平二極管鉗位式(NeutralPointClamped,NPC)逆變器相對(duì)于兩電平逆變器其具有更小的dv/dt和THD、輸出更接近正弦波、輸出諧波小等優(yōu)點(diǎn)。因此NPC逆變器一直是科研的熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的SVPWM控制方法大多采用定頻SVPWM來控制全控器件的導(dǎo)通及關(guān)斷，雖然擁有很高的直流電壓利用率；但因?yàn)槭嵌l，所以輸入電流在開關(guān)頻率整數(shù)倍處會(huì)產(chǎn)生幅值較高的諧波，降低了輸出波形的質(zhì)量，同時(shí)產(chǎn)生電磁污染及高頻噪音的問題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于馬爾可夫鏈的NPC逆變器混合隨機(jī)SVPWM控制系統(tǒng)及方法，解決傳統(tǒng)的SVPWM控制方法產(chǎn)生的電磁污染及高頻噪音的問題。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。一種基于馬爾可夫鏈的NPC逆變器混合隨機(jī)SVPWM控制系統(tǒng)，其特征在于，包括三相NPC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、基于兩狀態(tài)馬爾可夫鏈的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器、基于三狀態(tài)馬爾可夫鏈的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器、三相正弦波發(fā)生器及SVPWM波發(fā)生器，所述三相正弦波發(fā)生器首先產(chǎn)生正弦波由導(dǎo)線傳輸給所述SVPWM波發(fā)生器，所述基于三狀態(tài)馬爾可夫鏈的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī)開關(guān)頻率及所述基于兩狀態(tài)馬爾可夫鏈的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī)分配的零矢量作用時(shí)間同時(shí)由導(dǎo)線傳輸給所述SVPWM波發(fā)生器，所述SVPWM波發(fā)生器根據(jù)接收的三相正弦波、隨機(jī)開關(guān)頻率及零矢量作用時(shí)間，產(chǎn)生SVPWM波并通過導(dǎo)線傳輸給三相NPC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的IGBT開關(guān)管。一種基于馬爾可夫鏈的NPC逆變器混合隨機(jī)SVPWM控制方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1)，構(gòu)建基于馬爾可夫鏈的NPC逆變器混合隨機(jī)SVPWM控制系統(tǒng)；步驟2)，三相正弦波發(fā)生器產(chǎn)生三相正弦波傳輸給SVPWM波發(fā)生器；步驟3)，基于三狀態(tài)馬爾可夫鏈的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī)開關(guān)頻率f；步驟4)，基于兩狀態(tài)馬爾可夫鏈的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī)分配的零矢量作用時(shí)間T01、T02；步驟5)，步驟3)產(chǎn)生的隨機(jī)開關(guān)頻率f及步驟4)產(chǎn)生的隨機(jī)分配的零矢量作用時(shí)間T01、T02同時(shí)傳輸給所述SVPWM波發(fā)生器；步驟6)，SVPWM波發(fā)生器根據(jù)接收的三相正弦波、隨機(jī)開關(guān)頻率f及矢量作用時(shí)間T01、T02產(chǎn)生SVPWM波，傳輸給三相NPC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，所述步驟1)中基于馬爾可夫鏈的NPC逆變器混合隨機(jī)SVPWM控制系統(tǒng)，包括三相NPC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、基于兩狀態(tài)馬爾可夫鏈的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器、基于三狀態(tài)馬爾可夫鏈的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器、三相正弦波發(fā)生器及SVPWM波發(fā)生器，所述三相正弦波發(fā)生器首先產(chǎn)生正弦波由導(dǎo)線傳輸給所述SVPWM波發(fā)生器，所述基于三狀態(tài)馬爾可夫鏈的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī)開關(guān)頻率及所述基于兩狀態(tài)馬爾可夫鏈的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī)分配的零矢量作用時(shí)間同時(shí)由導(dǎo)線傳輸給所述SVPWM波發(fā)生器，所述SVPWM波發(fā)生器根據(jù)接收的三相正弦波、隨機(jī)開關(guān)頻率及零矢量作用時(shí)間，產(chǎn)生SVPWM波并通過導(dǎo)線傳輸給三相NPC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的IGBT開關(guān)管。進(jìn)一步，所述步驟3)基于三狀態(tài)馬爾可夫鏈的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī)開關(guān)頻率f的具體過程為：取隨機(jī)增益B、期望開關(guān)頻率fs以及[-1,1]之間的隨機(jī)數(shù)Rb，通過轉(zhuǎn)移矩陣p3將的隨機(jī)數(shù)Rb分為三個(gè)區(qū)間，通過公式f＝fs+BRb得出開關(guān)頻率f。進(jìn)一步，所述步驟4)中基于兩狀態(tài)馬爾可夫鏈的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī)分配的零矢量作用時(shí)間T01、T02的具體過程為：設(shè)零矢量的總作用時(shí)間為T0，零矢量v0的作用時(shí)間為T00，前半周期作用時(shí)間為T01，后半周期作用時(shí)間為T02；零矢量v7前半周期作用時(shí)間為T71，后半周期作用時(shí)間為T72，則零矢量v7的作用時(shí)間為T7＝T71+T72；取[0,1]之間的隨機(jī)數(shù)Ra，通過轉(zhuǎn)移矩陣p2產(chǎn)生兩個(gè)隨機(jī)數(shù)R1、R2，隨機(jī)數(shù)R1分配零矢量v0、v7的作用時(shí)間，然后隨機(jī)數(shù)R2分配零矢量v0在前、后半周期的作用時(shí)間T01、T02。進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)移矩陣其中P1為屬于狀態(tài)3的概率，P2為屬于狀態(tài)2的概率。進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)移矩陣其中P為從狀態(tài)1轉(zhuǎn)移到狀態(tài)2的概率。本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明提出的控制方法優(yōu)化了普通隨機(jī)數(shù)，引入兩狀態(tài)和三狀態(tài)馬爾可夫鏈產(chǎn)生轉(zhuǎn)移矩陣，隨機(jī)開關(guān)頻率分散原本集中于開關(guān)頻率整數(shù)倍處突出的諧波能量，減小了NPC逆變器中高次諧波帶來的電磁干擾傳導(dǎo)問題，不僅大幅降低了諧波峰值，抑制了電磁噪聲，同時(shí)使得NPC逆變器輸出電壓的功率譜變得連續(xù)。附圖說明圖1為NPC逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明兩狀態(tài)馬爾可夫鏈原理圖；圖3為本發(fā)明三狀態(tài)馬爾可夫鏈原理圖；圖4為本發(fā)明一種基于馬爾可夫鏈的NPC逆變器混合隨機(jī)SVPWM控制方法的系統(tǒng)原理圖；圖5為本發(fā)明基于馬爾可夫鏈生成隨機(jī)數(shù)的示意圖；圖6為本發(fā)明隨機(jī)開關(guān)頻率f示意圖；圖7為本發(fā)明零矢量v0的隨機(jī)位置示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。如圖1所示，NPC逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖，圖中有12個(gè)IGBT開關(guān)管，每4個(gè)IGBT開關(guān)管組成三相橋臂，三相橋臂與負(fù)載相連。在大功率場合，相對(duì)于兩電平逆變器其具有開關(guān)頻率高、器件承受電壓低、輸出電壓波形好等優(yōu)點(diǎn)。圖2和圖3分別表示了兩狀態(tài)、三狀態(tài)馬爾可夫鏈原理，首先馬爾可夫過程是一種隨機(jī)過程，特征如下：在已知當(dāng)前狀態(tài)的條件下，它將來狀態(tài)獨(dú)立于它以往的狀態(tài)，也就是說該過程中，在給定當(dāng)前知識(shí)或信息的情況下，只有當(dāng)前的狀態(tài)可以用來預(yù)測將來狀態(tài)，過去對(duì)于預(yù)測將來是無用的。馬爾可夫過程可作如下數(shù)學(xué)描述：設(shè){A(t),t∈T}為一個(gè)隨機(jī)過程，且0＜t1＜t2＜……＜tn∈T(1)若在t1,t2,……,tn時(shí)刻過程A(t)的取值分別為a1,a2,……,an，并有F(an，tn|an-1，tn-1；an-2，tn-1；……；a1，t1)＝F(an，tn|an-1，tn-1)(2)則稱A(t)為馬爾可夫過程；(2)式中當(dāng)前時(shí)刻tn的狀態(tài)是xn，而下一時(shí)刻tn+1的狀態(tài)xn+1僅取決于當(dāng)前狀態(tài)xn而與過去狀態(tài)無關(guān)，具有無后效性。當(dāng)馬爾可夫過程的自變量和狀態(tài)均離散取值時(shí)，稱該過程為離散馬爾可夫鏈；實(shí)際系統(tǒng)中，常用轉(zhuǎn)移概率來觀察系統(tǒng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)化情況；如Pij表示狀態(tài)j變?yōu)闋顟B(tài)i的概率，馬爾可夫鏈所有的轉(zhuǎn)移概率可以組成轉(zhuǎn)移概率矩陣：P={pij,i,j∈S}=p11...p1n.........pn1...pnn---(3)]]>其中S為狀態(tài)空間，包含所有狀態(tài)；圖2為兩個(gè)狀態(tài)在轉(zhuǎn)移所以轉(zhuǎn)移概率矩陣為2階，圖3為三個(gè)狀態(tài)在轉(zhuǎn)移所以轉(zhuǎn)移概率矩陣為3階。就本發(fā)明而言，就是引入隨機(jī)因子R∈[0,1]，兩狀態(tài)指以0.5為分界，狀態(tài)1為[0,0.5]，狀態(tài)2為[0.5,1]，因此若設(shè)當(dāng)前為狀態(tài)1，則下一次為狀態(tài)2的概率為P，而為狀態(tài)1的概率為1-P；同理，若當(dāng)前為狀態(tài)2，則下一次為狀態(tài)1的概率為P，而為狀態(tài)2的概率為1-P。因此，圖2的馬爾可夫鏈的轉(zhuǎn)移概率矩陣可以表示為：p2=1-PPP1-P---(4)]]>對(duì)于三狀態(tài)而言引入隨機(jī)因子Y∈[-1,1]，狀態(tài)1為[-1,-0.33)，狀態(tài)2為[-0.33,0.33]，狀態(tài)3為(0.33,1]，因此設(shè)若系統(tǒng)當(dāng)前屬于狀態(tài)1，則下一次只能是狀態(tài)2或3，設(shè)屬于狀態(tài)3的概率為P1，則屬于狀態(tài)2的概率為1-P1；若當(dāng)前為狀態(tài)2，則下一次為狀態(tài)2的概率為P2，而為狀態(tài)1或3的概率均為(1-P2)/2；若當(dāng)前為狀態(tài)3，則下一次只能是狀態(tài)1或2，屬于狀態(tài)1的概率為P1，則屬于狀態(tài)2的概率為1-P1，因此圖3的馬爾可夫鏈的轉(zhuǎn)移概率矩陣可以表示為：p3=01-P1P1(1-P2)/2P2(1-P2)/2P11-P10---(5)]]>圖4所示為本發(fā)明一種基于馬爾可夫鏈的NPC逆變器混合隨機(jī)SVPWM控制方法的系統(tǒng)原理圖，包括步驟：步驟1)，構(gòu)建基于馬爾可夫鏈的NPC逆變器混合隨機(jī)SVPWM控制系統(tǒng)；基于馬爾可夫鏈的NPC逆變器混合隨機(jī)SVPWM控制系統(tǒng)，包括三相NPC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、基于兩狀態(tài)馬爾可夫鏈的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器、基于三狀態(tài)馬爾可夫鏈的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器、三相正弦波發(fā)生器及SVPWM波發(fā)生器，三相正弦波發(fā)生器首先產(chǎn)生正弦波由導(dǎo)線傳輸給SVPWM波發(fā)生器，基于三狀態(tài)馬爾可夫鏈的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī)開關(guān)頻率及基于兩狀態(tài)馬爾可夫鏈的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī)分配的零矢量作用時(shí)間同時(shí)由導(dǎo)線傳輸給SVPWM波發(fā)生器，SVPWM波發(fā)生器根據(jù)接收的三相正弦波、隨機(jī)開關(guān)頻率及零矢量作用時(shí)間，產(chǎn)生SVPWM波并通過導(dǎo)線傳輸給三相NPC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的IGBT開關(guān)管。步驟2)，三相正弦波發(fā)生器產(chǎn)生三相正弦波Va，Vb，Vc傳輸給SVPWM波發(fā)生器。步驟3)，如圖5所示，基于三狀態(tài)馬爾可夫鏈的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī)開關(guān)頻率f；雖然馬爾可夫鏈的狀態(tài)空間維數(shù)的選擇越大越好，但同時(shí)也會(huì)成倍的增加運(yùn)算過程，因此此處選擇三狀態(tài)馬爾可夫鏈，隨機(jī)開關(guān)頻率的表達(dá)式為：f＝fs+BRb(6)其中，fs為期望開關(guān)頻率，B為隨機(jī)增益，Rb為[-1,1]之間的隨機(jī)數(shù)；引入三狀態(tài)馬爾可夫鏈，通過轉(zhuǎn)移矩陣將[-1,1]分為[-1,-0.33],[-0.33,0.33],[0.33,1]三個(gè)區(qū)間，即將隨機(jī)開關(guān)頻率f分為了[fs-B，fs-0.33B]，[fs-0.33B，fs+0.33B]，[fs+0.33B，fs+B]三個(gè)部分，從上述三個(gè)部分中任取一個(gè)隨機(jī)開關(guān)頻率，即開關(guān)周期tn(n＝1，2，3……)，用此隨機(jī)開關(guān)頻率f代替普通SVPWM控制方法中的固定開關(guān)頻率；原理如圖6所示，圖中A、B、C指的是NPC逆變器三相矢量時(shí)間分配，T0、T1、T2為各矢量的作用時(shí)間；圖中開關(guān)周期t1和t2是不相等的，所以開關(guān)頻率不固定。圖5中，在原有的隨機(jī)數(shù)生成算法中加入了馬爾可夫鏈算法，通過與閾值比較來判斷是否發(fā)生轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生隨機(jī)范圍系數(shù)，最后與期望值相加得到最終的隨機(jī)數(shù)。隨機(jī)數(shù)生成時(shí)加入了馬爾可夫算法，實(shí)際是一種偽隨機(jī)策略，防止一段時(shí)間連續(xù)大于或小于期望頻率，減小電流紋波，且抑制了諧波。隨機(jī)開關(guān)頻率通過三狀態(tài)的馬爾可夫鏈產(chǎn)生，周期為頻率的倒數(shù)，隨機(jī)開關(guān)頻率SVPWM即隨機(jī)改變載波周期，引入到系統(tǒng)中后，提高了對(duì)直流電壓的利用率，使輸出線電壓的諧波分布得到改善。步驟4)，基于兩狀態(tài)馬爾可夫鏈的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī)分配的零矢量作用時(shí)間T01、T02；采用SVPWM調(diào)制時(shí)，有兩個(gè)零矢量v0、v7，設(shè)零矢量的總作用時(shí)間為T0，零矢量v0的作用時(shí)間為T00，前半周期作用時(shí)間為T01，后半周期作用時(shí)間為T02；零矢量v7前半周期作用時(shí)間為T71，后半周期作用時(shí)間為T72，則零矢量v7的作用時(shí)間為T7＝T71+T72；T00＝R1T(7)T7＝(1-R1)T0(8)T01＝R2R1T0(9)T02＝(1-R2)R1T0(10)其中，Ra為[0,1]之間的隨機(jī)數(shù)，兩個(gè)隨機(jī)數(shù)R1、R2是由Ra通過轉(zhuǎn)移矩陣產(chǎn)生；隨機(jī)數(shù)R1分配零矢量v0、v7的作用時(shí)間，然后隨機(jī)數(shù)R2分配零矢量v0在前、后半周期的作用時(shí)間T01、T02，更新周期等于開關(guān)周期tn，產(chǎn)生新的SVPWM波；圖7所示為零矢量v0的隨機(jī)位置，只改變零矢量作用時(shí)間，而其他矢量不變，使零矢量的作用時(shí)間隨機(jī)生成，具有降低諧波畸變率的優(yōu)點(diǎn)。步驟5)，步驟3)產(chǎn)生的隨機(jī)開關(guān)頻率f及步驟4)產(chǎn)生的隨機(jī)分配的零矢量作用時(shí)間T01、T02同時(shí)傳輸給所述SVPWM波發(fā)生器。步驟6)，SVPWM波發(fā)生器根據(jù)接收的三相正弦波、隨機(jī)開關(guān)頻率f及矢量作用時(shí)間T01、T02產(chǎn)生SVPWM波，傳輸給三相NPC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)混合隨機(jī)SVPWM調(diào)制。以上實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想和特點(diǎn)，其目的在于使本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上述實(shí)施例。所以，凡依據(jù)本發(fā)明所揭示的原理、設(shè)計(jì)思路所作的等同變化或修飾，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3